Ham Petrol İşleme Reaktörü: Desalter, Hydrotreater ve FCC Ön İşleme Tasarımı

Ham Petrol İşleme Reaktörü: Tuz Giderici, Suyla İşleme ve FCC Ön Arıtma Tasarımı

Ham petrol işleme reaktörü nedir?Ham petrol işleme reaktörü, ham petrolün veya onun fraksiyonlarının iyileştirme öncesinde veya sırasında kimyasal olarak dönüştürüldüğü bir rafinerideki bir kaptır ve dört kritik noktada görünür: 120-150°C'de tuz ve suyu gideren elektrikli tuz giderici; kükürt, nitrojen ve metalleri çıkarmak için yağı 300-450°C'de ve 30-150 bar'da hidrojenle reaksiyona sokan ve %90-99 kükürt giderme elde eden hidroişlemci; kedi krakerini metallerden ve koktan koruyan sıvı katalitik kırma beslemesi ön işlemi; ve varilin tabanını 480-540°C'de dönüştüren koklaşma veya kalıntı hidrodönüşüm. Baskın mühendislik zorlukları asfaltenler ve tuzlardan kaynaklanan kirlenme, hidro-işlemcide yüksek sıcaklıkta hidrojen saldırısı ve tankın içindeki koklaşmadır; dolayısıyla reaktörler API 941'e göre Cr-Mo çeliklerinden inşa edilir ve özel saldırıya direnecek şekilde kaplanır veya tasarlanır, çünkü bir rafineri reaktörünün arızalanması hem güvenlik hem de üretim felaketidir.

1. Rafineri Reaktörünün Görevleri ve Kimyası

Her görev bir alt birimi korur veya bir kısmını yükseltir:

• Ön Uçta Elektrikli Tuz Giderme:Her şeyden önce ham petrol, aksi takdirde damıtma kolonunu ve fırınları aşındıracak ve kirletecek olan klorür tuzlarını ve askıdaki suyu çıkarmak için tuzdan arındırılır. Ham ürün %4-10 yıkama suyuyla karıştırılır, tuz çözünürlüğünü arttırmak ve viskoziteyi azaltmak için 120-150°C'ye ısıtılır ve su damlacıklarını bir araya getirerek çökelmelerini sağlayan bir elektrostatik alandan geçirilir. Tuz giderme kabı büyük, düşük basınçlı yatay bir tamburdur ve güvenilirliği önemlidir çünkü akış yönündeki her ünite kendi tuzunu ve suyunu miras alır; Zayıf bir tuz giderici, üst sistemde klorür korozyonu ve fırında kok oluşumu anlamına gelir. Kimyasal olarak basit olmasına rağmen, trendeki ilk reaktördür ve rafineri güvenilirliğinin temelidir ve su kalitesi ve elektrik alanı, ham petrolün özel tuz ve emülsiyon davranışına göre ayarlanmıştır.
• Hidroişlem ve Hidrodesülfürizasyon:Hidro-işlemci, kükürt, nitrojen, metaller ve oksijeni uzaklaştırmak ve olefinleri doyurmak için yağı 300-450°C'de ve 30-150 bar'da hidrojenle reaksiyona sokarak, ürün spesifikasyonlarını karşılamak üzere %90-99 kükürt giderme elde eden modern rafinasyonun en önemli ürünüdür. Reaktör, hem reaksiyon hızını hem de korozyon riskini belirleyen kısmi basınçta hidrojenle beslenen, sabit bir katalizör yatağına sahip, kalın duvarlı, yüksek basınçlı bir kaptır ve hiçbir kanalın aşırı ısınmaması için gaz-sıvı akışını eşit şekilde dağıtması gerekir. Kimyası tasarım açısından iyi ama malzemeler açısından acımasızdır çünkü yüksek sıcaklık ve yüksek hidrojen kısmi basıncının birleşimi, yüksek sıcaklıkta hidrojen saldırısına ve hidrojen gevrekleşmesine neden olur ve beslemenin metalleri ve kok, katalizörü 1-5 yıllık bir kullanım ömrü boyunca kademeli olarak devre dışı bırakır. Hidro-işlemci, rafinerilerin düşük kükürtlü yakıtlar satabilmesinin nedenidir.
• FCC Yem Ön Arıtma ve Namlu Dibi Dönüşümü:Sıvı katalitik parçalama rafinerinin ana benzin ve olefin üreticisidir, ancak katalizörü metaller, nikel ve vanadyum ve kalıntıdaki kok öncülleri tarafından zehirlenmiştir. FCC ünitesinin önündeki bir hidro-işlemci bunları ortadan kaldırarak kedi krakerini korur ve verimini artırır; bu nedenle FCC ön işlemi genellikle tesisteki en büyük hidro-işlemcidir. En ağır fraksiyonlar için, 480-540°C'de koklaştırma veya kalıntı hidrodönüşüm, uzun, kirli molekülleri daha hafif ürünlere ayırır; koklaştırma işleminde, doldurulan ve kokudan arındırılan bir kok tamburu kullanılırken, kalıntı hidrodönüşümünde hidrojen altında ebüle edilmiş veya sabit bir yatak kullanılır. Bunlar en ağır görevler, en yüksek sıcaklık, en kirli yem, en kirlenmedir ve varilin ne kadarının kok yakıtı yerine satılabilir ürün haline geleceğini belirler.

2. Malzemeler, Kirlenme ve Güvenilirlik

Rafineri reaktörleri işleme sırasında en zorlu hizmet koşullarında yaşarlar, bu nedenle arıza modları temel alınarak inşa edilirler:

• Yüksek Sıcaklık Hidrojen ve Cr-Mo Çelikleri:Hidro-işlem ve hidro-dönüştürmede, reaktör duvarı aynı anda yüksek sıcaklık ve yüksek hidrojen kısmi basıncını görür; bu, yüksek sıcaklıktaki hidrojen saldırısına neden olan tam koşullardır; burada hidrojen çeliğe yayılır, tane sınırlarında karbonla reaksiyona girer ve kabarmaya ve kalıcı güç kaybına neden olur. Savunma malzeme kimyasıdır: düşük alaşımlı krom-molibden çelikleri, 1.25Cr-0.5Mo'dan 2.25Cr-1Mo'ya kadar ve ötesi, API 941'e (Nelson eğrileri) uygun, genellikle dahili paslanmaz kaplamayla hidrojene bakan yüzey ostenitik olur. Kap aynı zamanda kaynak sonrası ısıl işleme tabi tutulur ve temper kırılganlığını önlemek için kademeli olarak soğutulur. Bu nedenle bir hidro-işlemci reaktörü, malzeme seçimi petrol kimyası tarafından değil, hidrojen kısmi basıncı ve sıcaklığı tarafından belirlenen, yüksek düzeyde mühendislik gerektiren bir basınçlı kaptır ve HTHA'ya karşı yeterliliği tasarımın zorunlu bir parçasıdır.
• Kirlenme, Kok ve İç Koruma:Ham petrol kirlidir ve kalıntılar en kirli olanlardır; dolayısıyla kirlenme ve koklaşma sürekli bir tehdittir. Isıtıcı tüpleri ve tepsileri üzerinde tuz ve çökelti birikir, asfaltenler reaktörü veya fırını çökeltir ve koklaştırır ve metaller katalizörün üzerine plakalanır. Reaktör ve iç kısımları direnecek ve temizlenecek şekilde tasarlanmıştır: açık kalan dağıtım plakaları, katalizör değişimi için sökülebilir iç kısımlar ve akışın aşındırıcı veya çok sıcak olduğu refrakter veya erozyona dayanıklı astarlar. Kok reaktörleri, kok'u kasıtlı olarak yönetir, bir varili doldurur ve ardından kokuyu giderir; sabit yataklı üniteler ise metalleri ve katı maddeleri ana yatağa ulaşmadan yakalayan koruma reaktörleri tarafından korunur. Açıktaki yüzeylerde yılda 0,5-3 mm'lik kirlenme oranları normaldir, bu nedenle tasarım marjı ve erişimi içerir, çünkü kirlenmiş bir reaktör dönüşümü kaybeder ve tıkalı bir dağıtıcı seçiciliği kaybeder.
• Güvenilirlik, Denetim ve Geri Dönüş:Bir rafineri reaktörü arızası günde milyonlar değerindeki bir üniteyi durdurduğundan, gemiler denetlenebilirlik ve uzun ömür için inşa edilmiştir. Kapsamlı iç erişime sahiptirler, radyografik ve ultrasonik inceleme için tasarlanmışlardır ve genellikle her 3-5 yılda bir duvar incelmesi, hidrojen saldırısı, sürünme ve çatlama açısından incelenirler. Katalizör, geniş yol yolları ve bazen de tepeye monte edilen bir vinç aracılığıyla 1-5 yıllık kendi döngüsünde değiştirilir, böylece gemi kafası ve iç kısımları hızlı geri dönüş için düzenlenir. Modern uygulama, bozulmayı arızaya dönüşmeden önce yakalamak için hidrojen akışının ve metal sıcaklıklarının çevrimiçi izlenmesini sağlar. Reaktör bu nedenle bir güvenilirlik varlığı olarak tanımlanmaktadır: malzemesi, kaplaması ve erişimi, ünitenin aralarında arıza yapmak yerine bir sonraki planlı geri dönüşe güvenli bir şekilde çalışmasını sağlayacak şekilde seçilmiştir.

Ham Petrol İşleme Reaktörü Görev Matrisi

Sıkça Sorulan Sorular (SSS)

S: Ham işlemede hidro-işlemci ile FCC ünitesi arasındaki fark nedir?

C: Bunlar farklı kimyaya sahip farklı adımlardır. Hidro-işlemci, kükürt, nitrojen, metaller ve oksijeni çıkarmak ve olefinleri doyurmak için 300-450°C ve 30-150 bar'da yağı hidrojenle reaksiyona sokarak %90-99 kükürt giderme elde eden bir hidrojen reaktörüdür; akışın kalitesini yükseltir. Sıvı katalitik parçalama, 500-540°C'de dolaşan bir katalizör kullanarak ağır molekülleri benzine ve olefinlere parçalayan, toplu hidrojen içermeyen bir katalitik parçalama ünitesidir. En önemlisi, FCC, kalıntıdaki metaller ve kok öncülleri tarafından zehirlenir; bu nedenle, yemi ön işleme tabi tutmak ve kedi krakerini korumak için genellikle önüne bir hidro-işlemci yerleştirilir. Hidro-işlemci kalite adımıdır; FCC dönüşüm adımıdır; ve ön-işlemci, FCC'ye hizmet eden hidro-işlemcidir.

S: Hidro-işlem reaktörleri neden Cr-Mo çeliğinden yapılıyor?

C: Çünkü yüksek sıcaklık ve yüksek hidrojen kısmi basıncının tam kombinasyonunda çalışırlar, bu da yüksek sıcaklıktaki hidrojen saldırısına neden olur; burada hidrojen karbon çeliğine yayılır, tane sınırlarında karbonla reaksiyona girer ve kabarmaya ve kalıcı güç kaybına neden olur. 1.25Cr-0.5Mo'dan 2.25Cr-1Mo'ya ve üzeri düşük alaşımlı krom-molibden çelikleri buna direnir ve genellikle hidrojene bakan yüzey üzerinde dahili bir östenitik paslanmaz kaplama ile API 941, Nelson eğrilerine karşı niteliklidir. Malzeme, yağ tarafından değil, hidrojen kısmi basıncı ve sıcaklığı tarafından belirlenir ve kaynak sonrası ısıl işlem ve kademeli soğutma, temper kırılganlığını önler. Sade karbon çeliğinden yapılmış bir hidroişlemci HTHA tarafından arızalanır, bu nedenle bu görev için Cr-Mo zorunludur.

S: Ham işleme reaktörlerinde kirlenme ve koklaşmaya ne sebep olur?

C: Ham petrol doğası gereği kirlidir ve kalıntılar en kötüsüdür. Isıtıcılarda ve tepsilerde tuz ve tortu birikmesi; ağır aromatik fraksiyonlar olan asfaltenler, sıcak yüzeylerde ve reaktörlerde çökelir ve kok oluşturur; ve nikel ve vanadyum gibi metaller katalizörün üzerine gelerek onu zehirler. Yerleşik kullanımda açıkta kalan yüzeylerde yılda 0,5-3 mm kirlenme oranı normaldir. Reaktör, açık kalan dağıtıcı plakalar, katalizör değişimi için sökülebilir iç kısımlar, refrakter veya erozyona dirençli astarlar ve koklaştırmada bilinçli bir kok-tambur doldurma ve kok giderme döngüsü ile buna karşı tasarlanmıştır. Sabit yataklı üniteler, ana yataktan önce metalleri ve katı maddeleri yakalamak için koruma reaktörleri ekler. Kirlenme, marjın ve erişimin dönüşümün bir sonraki geri dönüşe devam etmesini sağlayacak şekilde tasarlanmasıyla ortadan kaldırılmaz, yönetilir.

S: Bir ham petrol işleme reaktörü ne kadar güvenilir olmalıdır?

C: Son derece, çünkü arızası günde milyonlar değerindeki bir rafineri ünitesini durdurur ve büyük bir güvenlik olayı olabilir. Kaplar, güvenilirlik varlıkları olarak inşa edilmiştir: yüksek sıcaklıktaki hidrojen saldırısına karşı nitelikli Cr-Mo veya kaplamalı malzemeler, radyografik ve ultrasonik inceleme için tasarlanmış, iç kısımları her 1-5 yılda bir hızlı katalizör değişimi ve her 3-5 yılda bir geri dönüşlerde muayene için düzenlenmiştir. Modern uygulama, arızadan önce bozulmayı yakalamak için çevrimiçi hidrojen akışı ve metal sıcaklığı izlemeyi ekler. Şartname, ünitenin bir sonraki planlı geri dönüşe kadar güvenli bir şekilde çalışmasını garanti etmek için daha yüksek malzeme ve tasarım maliyetini kabul ediyor, çünkü planlanmamış bir reaktör kesintisi, gemiye yerleştirilen marjdan çok daha fazla maliyete neden oluyor.